Roulements et engrenages

Jan 27, 2024

Centre de vol spatial Goddard

Les roulements à engrenages sont des composants mécaniques conceptuels ainsi nommés parce qu'ils fonctionnent comme des engrenages et comme des roulements à rouleaux et/ou de butée. Les roulements à engrenages seront des composants essentiels de la prochaine génération d'entraînements à engrenages compacts à grands avantages mécaniques.

La figure 1 montre une transmission à roulement à engrenages de travail avec un gain de 70/1 dans un diamètre de 1,25 pouce par 0,75 pouce. (3,18 cm de diamètre sur 1,91 cm). Les roulements à engrenages existent sous forme de variantes à engrenages droits ou hélicoïdaux de deux types de base : les roulements à engrenages à rouleaux et les roulements à engrenages déphasés. Par souci de brièveté, seules les variantes à engrenage droit sont décrites ici ; il suffit de dire que les principes de fonctionnement des variantes à engrenage hélicoïdal sont similaires.

La figure 2(a) décrit des aspects sélectionnés de roulements à engrenages droits à rouleaux et d'un ensemble planétaire partiel contenant des roulements à engrenages droits à rouleaux. Le diamètre de la partie de rouleau de chaque roulement à engrenage droit à rouleau est égal au diamètre primitif de la partie d'engrenage droit. Les dents de l'engrenage sont couronnées à l'extrémité du rouleau, de sorte que l'apogée de la couronne sur chaque dent se situe au niveau du diamètre du rouleau/diamètre primitif : cette disposition fournit une force de butée ainsi qu'une adaptation des vitesses et, par conséquent, une efficacité.

L'assemblage planétaire se maintiendrait intrinsèquement, sans être renforcé par d'autres structures. Par exemple, si un roulement de train planétaire à rouleaux représenté sur la vue en coupe était poussé vers le bas, le coulissement axial de ses dents par rapport aux dents de la couronne et de la roue solaire est arrêté par la butée du rouleau planétaire contre les couronnes des dents de la couronne. Lorsque le même engrenage planétaire est poussé vers le haut, son coulissement axial est bloqué par l'appui des dents planétaires contre le galet annulaire. Des interactions similaires empêchent le glissement axial du roulement de l'engrenage solaire au-delà des limites imposées par les contacts dent/rouleau entre les roulements de l'engrenage solaire et planétaire.

Un avantage supplémentaire est qu'en imposant plus précisément les emplacements relatifs souhaités des engrenages, l'incorporation des rouleaux augmente (par rapport aux engrenages droits simples) la précision de l'engrènement des dents de l'engrenage droit. En même temps, les engrenages agissent comme des cages et des supports très efficaces et précis pour les rouleaux. Le résultat net est un assemblage supérieur, plus simple et relativement peu coûteux.

La figure 2(b) présente un exemple simple de roulement à engrenage droit déphasé. Les dents des moitiés supérieure et inférieure sont décalées angulairement l'une par rapport à l'autre d'un intervalle précis d'une demi-dent. Ce roulement d'engrenage s'engrène avec une copie de lui-même. Les dents supérieures et inférieures sont biseautées et partiellement interdigitées à leur rencontre. Le contact entre les surfaces biseautées des dents supérieures et inférieures fournit une capacité de palier de butée d'une manière similaire à celle du contact entre les couronnes et les rouleaux des roulements à rouleaux. De plus, un ensemble planétaire contenant des engrenages déphasés se maintient d'une manière similaire à celle d'un ensemble contenant des roulements à rouleaux comme décrit ci-dessus.

Ce travail a été fait par John M. Vranish deCentre de vol spatial Goddard.

Cette invention appartient à la NASA et une demande de brevet a été déposée. Les demandes concernant une licence non exclusive ou exclusive pour son développement commercial doivent être adressées à

Reportez-vous à GSC-14207.

Cet article est paru pour la première fois dans le numéro d'avril 2002 du magazine Motion Control Tech Briefs.

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